Визначення сучасних ротаційних параметрів основних тектонічних плит на основі ГНСС-даних

https://doi.org/10.23939/jgd2022.02.017
Надіслано: Вересень 03, 2022
Автори:
1
Національний університет “Львівська політехніка”

Основною метою роботи є визначення та аналіз сучасних ротаційних параметрів основних тектонічних плит на основі вимірювань перманентних ГНСС-станцій для періоду 2002-2021 роки. Використовуючи процедури засновані на методі найменших квадратів запропоновано та реалізовано у програмному пакеті MathCAD алгоритм визначення сучасних ротаційних параметрів тектонічних плит на основі опрацювання часових рядів щоденних розв’язків перманентних ГНСС-станцій. Даний алгоритм використовує, узагальнює та модернізує підходи наведені у попередніх дослідженнях. Структурно запропонований алгоритм складається із п’яти послідовних етапів: трансформація даних у внутрішній формат; перевірка на відповідність вимогам та фільтрація часових рядів; визначення швидкостей горизонтальних зміщень; перевірка на відповідність вимогам та фільтрація визначених швидкостей; визначення ротаційних параметрів. Алгоритм передбачає використання наявних у вільному доступі часових рядів щоденних розв’язків перманентних ГНСС-станцій, або будь-яких інших даних підготовлених у аналогічному форматі. Розроблено алгоритм визначення сучасних ротаційних параметрів тектонічних плит на основі опрацювання часових рядів щоденних розв’язків перманентних ГНСС-станцій. Алгоритм апробовано для визначення сучасних ротаційних параметрів основних тектонічних плит. Визначено складові векторів сучасних горизонтальних зміщень 3169 перманентних ГНСС-станцій розташованих на 7-ми великих, 7-ми середніх та 3-х мікро плитах, для періоду 2002-2021 роки в системі координат ITRF2014/IGS14. Точність визначення складових векторів горизонтальних зміщень знаходиться в межах 0.9–6.4 мм та складає в середньому 10–15% від довжини вектора. Побудовано карто-схему просторового розподілу поля швидкостей сучасних горизонтальних рухів перманентних ГНСС-станцій. Визначено сучасні ротаційні параметри основних тектонічних плит, для періоду 2002-2021 роки в системі координат ITRF2014/IGS14. Встановлено, що в загальному отримані значення сучасних ротаційних параметрів добре корелюють із відомими моделями рухів тектонічних плит, це підтверджує правильність вибраного методу, а також достовірність отриманих результатів. Сучасні ротаційні параметри тектонічних плит є основою для  моделювання та аналізу глобальних, регіональних та локальних геодинамічних процесів, тому їх точне визначення є актуальним та необхідним завданням. Альтернативною, а останнім часом, практично незамінною основою для визначення таких параметрів є ГНСС-дані. Стрімке збільшення кількості перманентних ГНСС-станцій, а також висока якість їх вимірювань, сприяє покращенню точності визначення сучасних ротаційних параметрів тектонічних плит, але призводить до необхідності їх постійного переобчислення та уточнення. Представлений алгоритм та отримані результати можуть бути використані для розроблення нових та уточнення існуючих моделей рухів тектонічних плит та систем координат, а також для прогнозування рухів земної кори.

  1. Хаин, В., & Полетаев, А. (2007). Ротационная тектоника Земли. Наука в России, (6), 14-21.
  2. Лобковский, Л. И. (1988). Геодинамика зон спрединга, субдукции и двухъярусная тектоника плит. Наука. 251 c.
  3. Марченко, О. М., Третяк, К. Р., Кульчицький, А. Я., Голубінка, Ю. І., Марченко, Д. О., Третяк, Н. П. (2012). Дослідження гравітаційного поля, топографії океану та рухів земної кори в регіоні Антарктики. Львів, Видавництво Львівської політехніки, 306.
  4. Altamimi, Z., Sillard, P., & Boucher, C. (2002). ITRF2000: A new release of the International Terrestrial Reference Frame for earth science applications. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 107(B10), ETG 2–1–ETG 2–19. https://doi.org/10.1029/2001jb000561
  5. Altamimi, Z., Collilieux, X., Legrand, J., Garayt, B., & Boucher, C. (2007). ITRF2005: A new release of the International Terrestrial Reference Frame based on time series of station positions and Earth Orientation Parameters. Journal of Geophysical Research, 112(B9). https://doi.org/10.1029/2007jb004949
  6. Altamimi, Z., Métivier, L., & Collilieux, X. (2012). ITRF2008 plate motion model. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 117(B7), n/a–n/a. https://doi.org/10.1029/2011jb008930
  7. Altamimi, Z., Métivier, L., Rebischung, P., Rouby, H., & Collilieux, X. (2017). ITRF2014 plate motion model. Geophysical Journal International, 209(3), 1906–1912. doi:10.1093/gji/ggx136
  8. Altamimi, Z., Rebischung, P., Métivier, L., & Collilieux, X. (2016). ITRF2014: A new release of the International Terrestrial Reference Frame modeling nonlinear station motions. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 121(8), 6109–6131. https://doi.org/10.1002/2016jb013098
  9. Argus, D. F., & Gordon, R. G. (1991). No-net-rotation model of current plate velocities incorporating plate motion model NUVEL-1. Geophysical Research Letters, 18(11), 2039–2042. https://doi.org/10.1029/91gl01532
  10. Argus, D. F., & Heflin, M. B. (1995). Plate motion and crustal deformation estimated with geodetic data from the Global Positioning System. Geophysical Research Letters, 22(15), 1973–1976. https://doi.org/10.1029/95gl02006
  11. Argus, D. F., Gordon, R. G., & DeMets, C. (2011). Geologically current motion of 56 plates relative to the no-net-rotation reference frame. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 12(11), n/a–n/a. https://doi.org/10.1029/2011gc003751
  12. Bird, P. (2003). An updated digital model of plate boundaries. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 4(3). https://doi.org/10.1029/2001gc000252
  13. Blewitt, G., W. C. Hammond, & C. Kreemer (2018), Harnessing the GPS data explosion for interdisciplinary science, Eos, 99, https://doi.org/10.1029/2018EO104623.
  14. Chase, C. G. (1972). The N Plate Problem of Plate Tectonics. Geophysical Journal International, 29(2), 117–122. https://doi.org/10.1111/j.1365-246x.1972.tb02202.x
  15. Cox, A., & Hart, R. B. (1986). Plate Tectonics: How It Works: Blackwell Scientific Publications. Inc. Boston. p.63-84.
  16. DeMets, C., Gordon, R. G., Argus, D. F., & Stein, S. (1990). Current plate motions. Geophysical Journal International, 101(2), 425–478. doi:10.1111/j.1365-246x.1990.tb06579.x
  17. Drewes, H. (2009). The Actual Plate Kinematic and Crustal Deformation Model APKIM2005 as Basis for a Non-Rotating ITRF. International Association of Geodesy Symposia, 95–99. https://doi.org/10.1007/978-3-642-00860-3_15
  18. Euler's theorem and its proof are contained in paragraphs 24–26 of the appendix (Additamentum. pp. 201–203) of L. Eulero (Leonhard Euler), Formulae generales pro translatione quacunque corporum rigidorum (General formulas for the translation of arbitrary rigid bodies), presented to the St. Petersburg Academy on October 9, 1775, and first published in Novi Commentarii academiae scientiarum Petropolitanae 20, 1776, pp. 189–207 (E478) and was reprinted in Theoria motus corporum rigidorum, ed. nova, 1790, pp. 449–460 (E478a) and later in his collected works Opera Omnia, Series 2, Volume 9, pp. 84–98.
  19. Figurski, M., & Nykiel, G. (2017). Investigation of the impact of ITRF2014/IGS14 on the positions of the reference stations in Europe. Acta Geodynamica et Geomaterialia, 14, No. 4 (188), 401–410. https://doi.org/10.13168/AGG.2017.0021
  20. Goudarzi, M. A., Cocard, M., & Santerre, R. (2015). Estimating Euler pole parameters for eastern Canada using GPS velocities. Geodesy and Cartography, 41(4), 162–173. https://doi.org/10.3846/20296991.2015.1123445
  21. Kreemer, C., Lavallée, D. A., Blewitt, G., & Holt, W. E. (2006). On the stability of a geodetic no-net-rotation frame and its implication for the International Terrestrial Reference Frame. Geophysical Research Letters, 33(17). https://doi.org/10.1029/2006gl027058
  22. Le Pichon, X. (1968). Sea‐floor spreading and continental drift. Journal of Geophysical Research, 73(12), 3661-3697.
  23. Minster, J. B., & Jordan, T. H. (1978). Present-day plate motions. Journal of Geophysical Research, 83(B11), 5331. https://doi.org/10.1029/jb083ib11p05331
  24. Nevada Geodetic Laboratory. Nevada Geodetic Laboratory - Home. (n.d.). Retrieved March 22, 2022, from http://geodesy.unr.edu/
  25. Savchyn, I. (2022). Establishing the correlation between changes of absolute rotation poles of major tectonic plates based on continuous GNSS stations data. Acta Geodyn. Geomater., 19, No. 2 (206), 167–176. https://doi.org/10.13168/AGG.2022.0006
  26. Sella, G. F., Dixon, T. H., & Mao, A. (2002). REVEL: A model for Recent plate velocities from space geodesy. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 107(B4), ETG 11–1–ETG 11–30. https://doi.org/10.1029/2000jb000033
  27. Tretyak, K., Al-Alusi, F. K. F., & Babiy, L. (2018). Investigation of the interrelationship between changes and redistribution of angular momentum of the earth, the Antarctic tectonic plate, the atmosphere, and the ocean. Geodynamics, 1 (24), 5-26. https://doi.org/10.23939/jgd2018.01.005